TIPOS DE REATORES E SUAS RESPECTIVAS EQUAÇÕES DE BALANÇO
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TIPOS DE REATORES E SUAS RESPECTIVAS EQUAÇÕES DE BALANÇO


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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS \u2013 UFAM 
FACULTADE DE TECNOLOGIA \u2013 FT 
ENGENHARIA QUÍMICA \u2013 FT12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANA GABRIELA M. GONÇALVES - 21000409 
1\u2da ESTUDO DIRIGIDO DE CINÉTICA E REATORES: 
TIPOS DE REATORES E SUAS RESPECTIVAS EQUAÇÕES DE BALANÇO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS\u2215AM 
REATORES QUÍMICOS 
 
 
 O reator químico é um equipamento onde ocorre uma reação química, 
quer dizer, onde determinadas espécies moleculares são transformadas 
noutras espécies moleculares. No reator, o fluido reacional pode ser aquecido 
ou arrefecido e pode também permutar massa e/ou calor com uma fase 
estagnante. 
 
 
O reator químico constitui assim o "coração das unidades de fabricação 
de produtos químicos, encontrando-se quer em refinarias, complexos 
metalúrgicos ou nas mais variadas fábricas de produtos químicos. Nestas 
unidades industriais, o reator está geralmente rodeado doutros equipamentos 
colocados a montante e a jusante, destinados a tratamentos físicos das 
matérias primas e dos produtos da reação. Os reatores fazem também parte do 
equipamento utilizado na luta contra a poluição para tratar por via química ou 
biológica um certo número de efluentes. 
 
Os equipamentos utilizados para a realização das transformações 
químicas apresentam uma grande diversidade de formas e dimensões. De fato, 
encontram-se nas unidades industriais fornos, caldeiras, tanques, colunas, 
balões, misturadores, ou simples tubos. Deste modo, poder-se-ia ser levado a 
pôr de parte qualquer tentativa de classificação dos reatores químicos, 
pensando que cada aparelho encontrado na prática constituía um caso 
particular. 
 
 Diferentemente dos trocadores de calor ou de massa, os reatores têm 
que levar em consideração um termo de geração no balanço de massa e calor, 
devido à reação química, portanto, a taxa de reação química. 
 
 Os reatores convencionais podem ser basicamente de três tipos: 
Reatores descontínuo (batelada), escoamento contínuo (tubular ou tanque) e 
semibatelada, sendo o primeiro tipo aplicado a processos em pequena escala e 
os do segundo tipo aplicados em processos em grande escala de produção. 
 
 Exemplos dos reatores convencionais: Descontínuo (ou Batelada) \u2013 
Exemplo (a) da Figura abaixo; Contínuo - Exemplo (b) da Figura abaixo e Semi 
Batelada (ou semi contínuo) - Exemplos (c), (d) e (e) da Figura abaixo. 
 
 
 
 
 Para cada uma das formas de alimentação apresentadas na Figura 
anterior, a Tabela abaixo apresenta um resumo da análise da variação do 
volume e da composição do meio reacional em função do tempo em cada tipo 
de reator convencional. 
 
 
 
 
 
 
EQUAÇÃO GERAL DE BALANÇO MOLAR 
 
 
 Para conduzir um balanço molar sobre qualquer sistema, primeiramente, 
deve-se especificar as fronteiras do sistema, através do chamado volume do 
sistema. E em seguida, realizar um balanço molar para a espécie j em um 
volume do sistema, em que a espécie j representa a espécie química particular 
de interesse. 
 
 
 
 Figura 1.0 - Balanço no volume do sistema. 
 
 
 O balanço molar num sistema aberto e para qualquer reação, 
inicialmente a temperatura constante, e em qualquer instante de tempo, t, é 
mostrado no esquema abaixo: 
 
 
Entrada \u2013 Saída + Geração = Acúmulo 
 
 Considerando-se Fj o fluxo molar e Gj a taxa de geração formada ou 
consumida, além de Nj o número de moles do componente j, teremos: 
componente j. 
 
Fj0 \u2013 Fj + Gj = (dNj \u2044 dt) (Eq 1.0) 
 
 Nota-se que o balanço é feito para qualquer componente, reagente ou 
produto da reação e tem a unidade em moles\u2044tempo. 
 
 A taxa gerada ou consumida neste sistema é por unidade de volume, e é 
representada pela taxa de reação dentro de cada elemento de volume \u2206V. 
Logo, 
 (Eq 1.1) 
 
 
 Esta é a equação geral do balanço molar para qualquer componente j de 
uma reação química. É partir desta equação geral do balanço molar, que 
podemos desenvolver as equações de projeto para os vários reatores 
industriais: batelada, semibatelada e escoamento contínuo. 
 
 
 
 
 
 
 
REATORES EM BATELADA 
É um tipo de reator tanque com agitação mecânica. Um reator batelada 
não admite entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o 
processamento da reação. Todos os reagentes são introduzidos no reator de 
uma só vez. Em seguida são misturados e reagem entre si. Após algum tempo, 
os produtos obtidos também são descarregados de uma só vez. Nesse tipo de 
reator, as variáveis como temperatura e concentração não variam com a 
posição dentro do reator, mas variam com o tempo. Em inglês é conhecido 
como Batch Reactor.. É alimentado através de aberturas no topo. 
Um esquema dum reator descontínuo encontra-se na figura abaixo: 
 
O reator batelada é usado para operação em pequena escala, para teste 
de novos processos que ainda não foram completamente desenvolvidos, para 
a fabricação de produtos caros e para processos que são difíceis de converter 
em operações contínuas. 
 Esse tipo de reator permite que altas conversões possam ser obtidas, 
deixando o reagente no reator por longos períodos de tempo. Quando a 
capacidade de conversão é baixa, o processo em batelada tem menor 
investimento de capital do que o processo contínuo, sendo preferíveis quando 
se está testando um novo produto. Existe uma flexibilidade de operação no 
mesmo reator, podendo-se obter produtos diferentes. É fácil de limpar 
 
No reator em batelada há uma certa dificuldade na produção em grande 
escala. Está associado a alto custo de mão-de-obra por batelada, por causa do 
tempo perdido durante a alimentação, o esvaziamento e a limpeza (o chamado 
\u201ctempo morto\u201d), que pode até inviabilizar o processo. A qualidade do produto é 
mais variável do que em reator de operação contínua. 
 
 Um reator em batelada não tem entrada nem saída de reagentes ou 
produtos, enquanto a reação é realizada: Fj0 = Fj = 0. O balanço geral molar 
resultante para a espécie j é 
 
 
 Se a mistura reacional é perfeitamente misturado, de modo que não há 
nenhuma variação da taxa de reação dentro do volume do reator. podemos 
tomar rj, fora da integral, integrar e escrever o balanço molar na forma 
Eq (1.2) 
 
 Considerando a isomerização da espécie A em um reator em batelada A 
\u2192 B. À medida que a reação prossegue, o número de moles de A diminui e o 
número de moles de B aumenta, como mostra a figura abaixo: 
 
 
 O tempo, t1, necessário para reduzir o número inicial de mols de NAO 
para um número final desejado NAl. Aplicando a equação (1.2) para a 
isomerização 
 Rearranjando 
 
 E integrando com limites que, t = 0, NA = NAO, e em t = tl, NA = NAl, 
obtemos 
Eq (1.3) 
 
 Essa equação é a forma integral do balanço molar em um reator em 
batelada. Ela fornece o tempo, tl, necessário para reduzir o número de mols de 
NAO a NAl e também para formar NBL mols de B. 
 
 
 
 
REATORES EM ESCOAMENTO CONTÍNUO 
 
 
 Reatores com escoamento contínuo são quase sempre operados em 
regime estacionário. Os três tipos são: o reator contínuo de tanque agitado 
(CSTR), o reator com escoamento empistonado (PFR) e o reator de leito fixo 
(PBR). 
 
 
 REATOR CONTÍNUO DE TANQUE AGITADO 
 
 Um tipo de reator usado comumente em processamento industrial é o 
tanque operado continuamente (Figura abaixo): 
 
 
 
 Este tanque é chamado de reator contínuo de tanque agitado (CSTR) ou 
reator de retromistura, sendo usado principalmente para reações em fase 
liquida. 
 
 É normalmente operado em estado estacionário e é considerado estar 
perfeitamente misturado; consequentemente, a temperatura, a concentração ou 
a velocidade de reação dentro do CSTR não depende do tempo ou da posição. 
Assim, a temperatura